Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 05.17.04 «Технология органических веществ»

Программа
вступительного экзамена в аспирантуру по специальности
05.17.04 «Технология органических веществ»
Отрасли, входящие в специальность "Технология органических веществ".
Характеристика отраслей и соответствующих им дисциплин. Новые
направления в технологии органических веществ.
I. Классификация химических методов в технологии
органических веществ.
Реакции галогенирования. Общие представления о механизмах реакций
галогенирования. Константа равновесия и расчеты величины Н реакции.
Использование фтора, хлора, брома, иода, галогенводородов, серо- и
фосфорорганических соединений. Замена атома галогена на другие группы и
атомы. Качественные и количественные методы анализа галогенсодержащих
соединений.
Технологические
и
экологические
аспекты.
Техника
безопасности.
Общая
характеристика
процессов
элиминирования.
Реакции,
протекающие по механизмам Е1 и Е2. Правила Зайцева и Гофмана.
Сульфирование.
Введение
сульфогруппы
в
алифатические,
ароматические гетероциклические соединения. Сульфохлорирование и
сульфоамиды. Замещение сульфогруппы. Экологические аспекты и техника
безопасности. Анализ серосодержащих соединений.
Реакции
нитрования
в
ряду
алифатических
и
ароматических
соединений. Механизмы и условия проведения реакций. Использование
нитрования в синтезе красителей и лекарственных соединений. Основные
технологические особенности проведения процессов нитрования. Техника
безопасности. Качественные реакции на нитросоединения.
Нитрозирование. Условия проведения и механизм реакций. Синтез Nнитрозосоединений. Использование реакций нитрозирования в синтезе
пирролов, других гетероциклических и лекарственных соединений. Техника
безопасности.
Диазотирование. Условия проведения и механизм реакции. Свойства
диазосоединений и их анализ. Реакции азосочетания. Основные превращения
диазо-группы.
Области
практического
использования
реакций
диазотирования и азосочетания.
Восстановление. Основные типы реакций. Гидрирование, катализаторы, условия проведения реакции. Использование сверхкритических
жидкостей. Гидрогенолиз и образование новых связей при гидрировании.
Восстановление под действием металлов. Условия проведения и механизм
реакции. Использование комплексных гидридов. Техника безопасности.
Окисление. Основные реагенты используемые при окислении, их
характеристика. Окислительно-восстановительные реакции.
Использование реакций элементоорганических соединений в ТОС.
Классификация элементоорганических соединений. Методы синтеза и
свойства.
Особенности
магний-,
цинк-,
кадмий-,
алюминий-,
литийорганических соединений. Соединения бора, способы получения и
реакции. Применение ртуть-, мышьяк- и фосфорорганических соединений в
синтезе лекарственных и биологически активных веществ. Каталитические
реакции образования С–С-связей (реакции Хека, Сузуки, Стилле, Негиши,
Соногаширы, Глязера–Залкинда, Кадьё–Ходкевича).
Реакции алкилирования и ацилирования в ТОС. Реакция Фриделя–
Крафтса, условия проведения, механизмы реакций. Введение формильной
группы в ароматические и гетероциклические соединения. Примеры
использования реакций алкилирования и ацилирования.
Реакции конденсации. Взаимодействие карбонильных соединений с С–
Н-кислотами.
Катализ
аминами
и
бифункциональными
системами.
Альдольно-кротоновые конденсации. Условия проведения и механизмы
реакций. Примеры использования. Сложноэфирная конденсация Кляйзена и
родственные
превращения.
Реакция
Михаэля.
Конденсация
Виттига,
реагенты, условия проведения, механизм реакций. Реакция Арндта–Эйстерта.
Ее использование в синтезе высших карбоновых кислот.
Молекулярные перегруппировки. Классификация перегруппировок.
Реакции, протекающие при образовании заряда на атоме, несопряженном с
кратными связями. Образование положительного заряда на атомах углерода,
азота
и
кислорода.
перегруппировок.
Основные
способы
образования,
механизмы
Перегруппировки аллильного типа. Нуклеофильные,
электрофильные и радикальные перегруппировки. Примеры использования.
Использование защитных групп в ТОС. Защита С–Н-связи в
ацетиленовых
и
Протонирование.
ароматических
Образование
соединениях.
новой
Защита
N–С-связи:
N–Н-связи.
формилирование,
ацилирование, производные уретанового типа. Алкильные и арильные
производные. Силильные защиты. Защита гидро-ксильной группы. Защита
альдегидов и кетонов. Методы защиты карбоксильной группы. Защита
сульфгидрильной группы. Методы защиты кратных и углерод–углеродных
связей. Ассиметрический синтез. Каталитические методы синтеза хиральных
продуктов.
II. Технология органических веществ.
Применение органических продуктов. Характерные черты химической
технологии.
Особенности и перспективы развития производства органических продуктов. Характерные черты производства. Значение непрерывных процессов.
Получение
продуктов
высокой
степени
чистоты.
Поливариантность
технологических процессов. Проблема выбора оптимальной технологии.
Критерии оптимальности. Совокупность трех взаимосвязанных стадий:
подготовительная обработка исходных веществ, химическая переработка их,
выделение и очистка целевых и побочных продуктов. Совмещение
различных процессов.
Элементы системного подхода в изучении технологии. Химическое
производство как система. Структурные схемы объектов химической
технологии. Иерархичность в производствах отрасли. Системный подход при
разработке технологии. Взаимосвязь между элементами технологического
процесса.
Классификация
Последовательные,
элементов
параллельные
и
производств
охваченные
–
обратной
систем.
связью
технологические структуры.
Принципы, используемые при создании безотходных производств. Требования, предъявляемые к безотходным производствам. Экономические
аспекты безотходных производств. Химические и физико-химические
принципы. Технологические принципы.
Основные
Парафиновые
виды
и
сырья
нафтеновые
в
производстве
углеводороды.
органических
Алкены.
веществ.
Ароматические
углеводороды. Алкины и области их применения. Оксид углерода и синтезгаз. Их свойства, области применения и методы получения.
Производство спиртов, альдегидов и кетонов.
Гидратация низших олефинов с получением этилового, изопропилового
и др. спиртов.
Сернокислотная гидратация олефинов (этилена и пропилена). Прямая
гидратация этилена и пропилена. Механизм и кинетика реакций. Выбор промышленных условий проведения процесса. Технологическое оформление.
Рассмотрение
реакторных
устройств.
Техно-экономическая
оценка
различных методов и их сравнение.
Оксосинтез
(гидрокарбонилирование,
гидроформилирование),
окисление.
Роль оксосинтеза в получении кислородосодержащих продуктов. Получение альдегидов и спиртов. Сравнение с другими методами. Термодинамика
образования альдегидов. Кинетика и механизм процесса оксосинтеза с
участием кобальтовых и родиевых катализаторов. Выбор основных условий
проведения процесса. Технологические стадии. Способы отделения катализатора от продуктов гидроформилирования. Бифазные системы. Типы
реакторов. Технологические схемы разделения продуктов оксосинтеза.
Основные тенденции развития процесса оксосинтеза. Пути создания
безотходных производств.
Производство ацетальдегида.
Прямое окисление этилена. Термодинамика и кинетика процесса.
Механизм реакций. Одно- и двухстадийный методы. Гомогенный и
гетерогенный катализ. Условия проведения процесса. Техника безопасности.
Типы реакторов. Пути отвода тепла реакций. Пути создания безотходных
производств.
Производство фенола.
Роль российских ученых в создании способа совместного получения
фенола
и
ацетона.
изопропилбензола
и
Основные
стадии
разложение
производства.
гидроперекиси
Окисление
изопропилбензола.
Механизм этих процессов. Условия проведения их. Реакторные устройства
для
каждой
стадии.
Технологическое
оформление
стадий
и
всего
производства. Техника безопасности при ведении этих процессов. Пути
создания безотходного производства. Другие методы производства фенола.
Производство хлорорганических продуктов.
Производство 1,2-дихлорэтана.
Физико-химические
закономерности
жидкофазного
хлорирования
этилена. Побочные продукты хлорирования. Реакторы для промышленной
реализации
процесса
Существующая
газ-жидкость.
технология,
ее
Способы
критика
и
отвода
пути
тепла
реакций.
совершенствования.
Окислительное хлорирование этилена на гетерогенных катализаторах.
Производство хлористого винила.
Промышленные способы получения из С2Н2 и С2Н4. Основные физикохимические
закономерности
процессов.
Сравнение
соответствующих
вариантов технологии.
Получение хлорвинила пиролизом дихлорэтана. Рассмотрение физикохимических
основ
процесса.
Влияние
температуры
на
процесс.
Адиабатическая абсорбция НСl-газа водой в башне Гаспаряна. Вопросы
утилизации НСl.
Производство хлористого этила.
Промышленный
метод
гидрохлорирования
этилена.
Физико-
химические закономерности процесса и его технологическое оформление.
Пути совершенствования существующей технологии.
Промышленный метод хлорирования этана. Выбор условий его
проведения.
Рассмотрение
существующей
технологии
и
путей
ее
совершенствования. Вопросы техники безопасности и охраны окружающей
среды.
Производство оксидов этилена и пропилена.
Производство оксида этилена через этиленхлоргидрин и прямым
окислением
этилена.
Физико-химические
закономерности
процессов.
Катализаторы. Реакторные узлы. Существующие технологии и пути их
совершенствования.
Халкон-процесс,
его
механизм,
кинетические
закономерности и перспективы практического использования.
Производство уксусной кислоты.
Окисление ацетальдегида. Механизм, катализаторы, аппаратурное
оформление.
Каталитические системы для процесса карбонилирования метанола в
уксусную кислоту. Процессы фирмы «Монсанто» и процесс «Катива».
Механизмы и кинетические модели процессов с участием родиевых и
иридиевых катализаторов. Побочные реакции, аппаратурное оформление.
Производство мономеров.
Производство стирола и -метилстирола.
Производство алкилбензолов. Термодинамика, механизм и кинетика
реакций алкилирования. Катализаторы, условия проведения процесса. Роль
алкилбензолов. Другие способы алкилирования и их сравнение.
Дегидрирование алкилбензолов. Влияние температуры, давления. Роль
Водяного пара. Катализаторы. Типы реакторных устройств. Пути повышения
конверсии алкилбензолов. Различные варианты разделения продуктов
дегидрирования.
Другие способы получения стирола. Их сравнение между собой.
Производство нитрила акриловой кислоты.
Производство акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена.
Химизм процесса. Катализаторы и кинетика процесса. Типы реакторов.
Технологическое
оформление
процесса.
Пути
создания
безотходных
производств. Другие способы производства акрилонитрила.
Производство виниловых эфиров.
Методы получения винилацетата.
Винилирование уксусной кислоты. Жидкофазный и газофазный
методы. Роль температуры, давления и соотношения реагентов на конверсию
ацетилена и уксусной кислоты в газофазном методе. Типы реакторных
устройств. Различные варианты разделения продуктов винилирования. Пути
оптимизации технологии.
Окислительная этерификация этилена уксусной кислотой. Физикохимические основы жидкофазного и газофазного способов. Окислительновосстановительные
каталитические
системы.
Одностадийный
и
двухстадийный способы. Выбор оптимальных условий. Варианты разделения
продуктов реакций. Пути создания безотходных производств.
Производство изопрена.
Получение изопрена различными способами.
Производство изопрена из изобутилена и формальдегида. Механизм и
кинетика разложения 4,4-диметил-1,3-диоксана (ДМД). Гомогенный и
гетерогенный катализ. Реакторы синтеза ДМД и его разложения. Различные
методы разделения продуктов конденсации изобутилена с формальдегидом и
разложения ДМД. Технологическая схема получения изопрена. Пути
создания безотходного производства.
Получение изопрена дегидрированием изопентана и изоамиленов.
Одностадийное
и
двухстадийное
каталитическое
дегидрирование.
Термодинамические закономерности. Роль водяного пара. Катализаторы
процесса. Реакторы дегидрирования, в том числе изоамиленов. Разделение
продуктов дегидрирования. Технология получения изопрена этим методом.
Сопоставление одностадийного и двухстадийного методов.
Получение изопрена окислительным дегидрированием изопентана и
изоамиленов. Физико-химические закономерности процесса. Различные
реакционные устройства. Способы отвода тепла. Технология получения
изопрена этим способом.
Получение изопрена из ацетона и ацетилена, а также из пропилена.
Краткие сведения о них. Сравнение их с другими методами. Роль
отечественных
ученых
в
создании
технологии
получения
изопрена
различными методами.
Литература
1. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. М.: «Химия», 2000. 176 c.
2. Матье Ж., Панико Р., Вейль-Рейналь Ж. Изменение и введение функций в
органическом синтезе. М.: «Мир», 1980. - 438 c.
3. Физер Л., Физер М. Органическая химия. Т. 1,2. М.: «Химия», 1986.
4. Общая органическая химия, ред. Д.Бартон, У. Д.Оллис. Т. 1-12. М.:
«Химия», 1981-1988.
5. Евстигнеева Р.П. Тонкий органический синтез. М.: «Химия», 1991. - 183 с.
6. МакОми Дж. Защитные группы в органическом синтезе. М.: «Мир», 1976.
- 391 с.
7. Евстигнеева Р.П., Звонкова Е.Н., Серебренникова Г.А., Швец В.И. Химия
липидов. М.: «Химия», 1983. - 296 с.
8. Преображенский Н.А., Генкин Э.И. Химия органических лекарственных
веществ. М.: «Госхимиздат», 1953. - 592 с.
9. Органикум. Практикум по органической химии. Т. 1. - 453 с., Т. 2. - 442 с.
М.: «Мир», 1979.
10. Химическая энциклопедия. Т. 1-5. М.: «БРЭ», 1997-1998.
11. Лебедев
Н.Н.
Химия
и
технология
основного
органического
и
нефтехимического синтеза. Издание 3. «Химия», 1981. - 733 с.
12. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного
органического и нефтехимического синтеза. М.: «Высшая школа», 2003. 536 с.
13. Серафимов Л.А., Тимофеев В.С., Писаренко Ю.А., Солохин А.В.
Технология основного органического синтеза. Совмещенные процессы.
Химия, 1993. - 412 с.
14. Темкин О.Н., Шестаков Г.К., Трегер Ю.А. Ацетилен: химия, механизмы
реакций. Технология. Химия, 1983. - 416 с.
15. Черный И.Р. Производство сырья для нефтехимических синтезов. Химия,
1983.
16. Лебедев Н.Н., Манаков М.Н., Швец В.Ф. Теория технологических
процессов основного органического и нефтехимического синтеза. Химия,
1984. - 353 с.
17. Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и
ректификации. Химия, 1975. - 240 с.
18. Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Химия,
1983. - 304 с.
19. Катализ в промышленности /Ред. Б. Лич/. Мир, 1986, Т. 1, 2.
20. Гейтс Б., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. Мир,
1981. - 551 с.